本發(fā)明屬于低溫發(fā)電技術領域，具體涉及一種多電機有機朗肯循環(huán)發(fā)電機組及其發(fā)電方法。

背景技術：

有機朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle，簡稱ORC)是以低沸點有機物為工質的朗肯循環(huán)，由于具有系統(tǒng)簡單、發(fā)電效率相對較高等特點，已成為目前回收低溫余熱用于發(fā)電的熱點技術。

基本的ORC發(fā)電系統(tǒng)，包括四個主要設備：膨脹發(fā)電機、工質泵、蒸發(fā)器和冷凝器，其工作原理為：從生產工藝排出的余熱介質，在蒸發(fā)器中將有機工質蒸發(fā)為具有一定壓力和溫度的蒸汽；蒸汽進入膨脹發(fā)電機進行膨脹做功，從而帶動發(fā)電機或拖動其它動力機械。從膨脹發(fā)電機排出的蒸汽進入冷凝器中，被冷卻介質冷凝為液態(tài)，最后借助工質泵重新回到蒸發(fā)器，如此不斷循環(huán)，實現(xiàn)對余熱的動力回收利用。其中，對于膨脹發(fā)電機，其工作原理為：膨脹機通過減速齒輪或聯(lián)軸器，驅動發(fā)電機運轉，從而實現(xiàn)發(fā)電。

目前，ORC系統(tǒng)的發(fā)電機部分，均采用單臺發(fā)電機。然而，在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術至少存在以下問題：

ORC系統(tǒng)的發(fā)電機對負荷的適應性較差，當負荷變化較大時，發(fā)電機效率會受到影響。

具體的，余熱回收是ORC發(fā)電系統(tǒng)應用的重要領域。余熱的形式多種多樣，實際排放時，很大一部分余熱源存在質和量的波動，勢必造成對ORC系統(tǒng)的負荷波動。此外，由于ORC系統(tǒng)利用的是溫差發(fā)電，由于季節(jié)變化導致的冷凝溫度變化，對ORC系統(tǒng)的負荷也起著不可忽視的作用?？梢姡琌RC發(fā)電系統(tǒng)負荷不穩(wěn)定。而對于發(fā)電機，存在特定的高效工況區(qū)。當發(fā)電機負荷偏離該工況區(qū)時，發(fā)電機效率會有一定的下降。而發(fā)電機長期在低效區(qū)運行時，也會對發(fā)電機造成一定的傷害，從而降低電機使用壽命。所以，現(xiàn)有技術中，為解決由于負荷波動導致的發(fā)電機效率低下、甚至導致發(fā)電機損害的問題，ORC系統(tǒng)通常 會設置一個安全的負荷范圍，當負荷太低時，ORC系統(tǒng)將自動停機，從而降低ORC系統(tǒng)的發(fā)電效率和余熱利用率。

可見，如何解決ORC系統(tǒng)的發(fā)電機由負荷不穩(wěn)定而導致的一系列問題，具有重要意義。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明提供一種多電機有機朗肯循環(huán)發(fā)電機組及其發(fā)電方法，可有效解決上述問題。

本發(fā)明采用的技術方案如下：

本發(fā)明提供一種多電機有機朗肯循環(huán)發(fā)電機組，包括：膨脹發(fā)電機(1)、蒸發(fā)器(2)、工質泵(3)和冷凝器(4)；

其中，所述蒸發(fā)器(2)的水側進口與余熱供給管道連通，所述蒸發(fā)器(2)的水側出口與余熱回水管道連通；所述蒸發(fā)器(2)的工質側排蒸汽口與所述膨脹發(fā)電機(1)的進蒸汽口連通；所述膨脹發(fā)電機(1)的排蒸汽口與所述冷凝器(4)的工質側進蒸汽口連通；所述冷凝器(4)的工質側排液口通過所述工質泵(3)循環(huán)連接到所述蒸發(fā)器(2)的工質側進液口；

其中，所述膨脹發(fā)電機(1)包括n個發(fā)電機、減速器(7)和膨脹機(8)；n個所述發(fā)電機均通過所述減速器(7)與所述膨脹機(8)連接；其中，n為自然數(shù)，并且，n≥2。

優(yōu)選的，所述減速器(7)為減速齒輪組或變速箱。

優(yōu)選的，所述膨脹機(8)為渦輪膨脹機。

優(yōu)選的，所述渦輪膨脹機的渦輪軸一端固定渦輪葉輪，另一端與所述減速器(7)的輸入端連接，所述減速器(7)的輸出端安裝有獨立的n個聯(lián)軸器；每個聯(lián)軸器的另一端均直連獨立的1個所述發(fā)電機。

優(yōu)選的，n個所述發(fā)電機的裝機容量相同或不相同。

優(yōu)選的，n個所述發(fā)電機可獨立控制是否啟用。

本發(fā)明還提供一種雙電機有機朗肯循環(huán)發(fā)電方法，包括以下步驟：

步驟1，安裝膨脹發(fā)電機(1)、蒸發(fā)器(2)、工質泵(3)和冷凝器(4)；其中，所述蒸發(fā)器(2)的水側進口與余熱供給管道連通，所述蒸發(fā)器(2)的 水側出口與余熱回水管道連通；所述蒸發(fā)器(2)的工質側排蒸汽口與所述膨脹發(fā)電機(1)的進蒸汽口連通；所述膨脹發(fā)電機(1)的排蒸汽口與所述冷凝器(4)的工質側進蒸汽口連通；所述冷凝器(4)的工質側排液口通過所述工質泵(3)循環(huán)連接到所述蒸發(fā)器(2)的工質側進液口；

其中，對于所述膨脹發(fā)電機(1)，包括n個發(fā)電機、減速器(7)和膨脹機(8)；n個所述發(fā)電機均通過所述減速器(7)與所述膨脹機(8)連接；其中，n為自然數(shù)，并且，n≥2；

步驟2，控制器與n個發(fā)電機相連，并存儲每個發(fā)電機的裝機容量；

步驟3，在進行有機朗肯循環(huán)發(fā)電的過程中，從生產工藝排出的余熱介質，在蒸發(fā)器(2)中將有機工質蒸發(fā)為具有一定壓力和溫度的蒸汽；蒸汽進入膨脹發(fā)電機(1)進行膨脹做功，從而帶動發(fā)電機發(fā)電；從膨脹發(fā)電機(1)排出的蒸汽進入冷凝器(4)中，被冷卻介質冷凝為液態(tài)，最后借助工質泵(3)重新回到蒸發(fā)器(2)，如此不斷循環(huán)，實現(xiàn)對余熱的動力回收利用；

其中，蒸汽進入膨脹發(fā)電機(1)進行膨脹做功，從而帶動發(fā)電機發(fā)電，具體為：

控制器實時檢測當前余熱介質負荷值，同時以n個發(fā)電機的裝機容量作為輸入，基于預存儲的控制算法進行運算，得到與當前余熱介質負荷相匹配的最佳發(fā)電機組合；其中，該最佳發(fā)電機組合為所述n個發(fā)電機中的一個或兩個以上的任意組合；該最佳發(fā)電機組合在當前余熱介質負荷下，工作在高效工況區(qū)；

然后，控制器對n個發(fā)電機的啟停狀態(tài)進行控制，僅啟動所述最佳發(fā)電機組合所對應的發(fā)電機，停用其他發(fā)電機；蒸汽進入膨脹機(8)，驅動膨脹機(8)的渦輪高速轉動，渦輪通過減速器(7)同時驅動最佳發(fā)電機組合所對應的發(fā)電機運行，向外輸出電力。

優(yōu)選的，當n為2個時，將2個發(fā)電機分別記為第1發(fā)電機(5)和第2發(fā)電機(6)，并且，設第1發(fā)電機(5)的裝機容量大于第2發(fā)電機(6)的裝機容量；

所述控制算法為：

當系統(tǒng)負荷較大時，使有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量大于第1發(fā)電機(5)的裝機容量時，此時同時啟動第1發(fā)電機(5)和第2發(fā)電機(6)，使第1發(fā)電機 (5)和第2發(fā)電機(6)同時運行；

當系統(tǒng)負荷減小，使有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量小于第1發(fā)電機(5)的裝機容量，但大于第2發(fā)電機(6)的裝機容量時，僅啟動第1發(fā)電機(5)，使第1發(fā)電機(5)正常運行，同時關閉第2發(fā)電機(6)；

當系統(tǒng)負荷進一步減小，使有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量小于第2發(fā)電機(6)的裝機容量時，關閉第1發(fā)電機(5)，僅啟動第2發(fā)電機(6)，使第2發(fā)電機(6)正常運行。

本發(fā)明提供的多電機有機朗肯循環(huán)發(fā)電機組及其發(fā)電方法具有以下優(yōu)點：

(1)通過多電機的應用，可以增強發(fā)電系統(tǒng)對熱源負荷波動的適應性，系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定。

(2)通過本發(fā)明，可以提高發(fā)電機的運行效率，從而增加系統(tǒng)全年發(fā)電量。

(3)通過本發(fā)明，可以更合理地選擇匹配的發(fā)電機，為發(fā)電機的選擇與匹配提供了優(yōu)化空間。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的多電機有機朗肯循環(huán)發(fā)電機組的平視圖；

圖2為本發(fā)明提供的多電機有機朗肯循環(huán)發(fā)電機組的側視圖；

圖3為本發(fā)明提供的多電機有機朗肯循環(huán)發(fā)電機組的俯視圖；

圖4為本發(fā)明提供的膨脹發(fā)電機的內部構造圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明：

針對現(xiàn)有技術存在的問題，為了提高ORC系統(tǒng)對負荷的適應性及可靠性，本發(fā)明提供了一種多電機有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。通過多電機的應用，保證了ORC系統(tǒng)在較寬負荷范圍內保持高效和安全運行，也為發(fā)電機的合理選擇與匹配提供了優(yōu)化空間。通過本發(fā)明，可以增強發(fā)電系統(tǒng)對熱源負荷波動的適應性，從而增強系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，以及提高發(fā)電系統(tǒng)的全年發(fā)電量。

結合圖1、圖2、圖3和圖4，本發(fā)明提供一種多電機有機朗肯循環(huán)發(fā)電機組，包括：膨脹發(fā)電機1、蒸發(fā)器2、工質泵3和冷凝器4；

其中，蒸發(fā)器2的水側進口與余熱供給管道連通，蒸發(fā)器2的水側出口與余 熱回水管道連通；蒸發(fā)器2的工質側排蒸汽口與膨脹發(fā)電機1的進蒸汽口連通；膨脹發(fā)電機1的排蒸汽口與冷凝器4的工質側進蒸汽口連通；冷凝器4的工質側排液口通過工質泵3循環(huán)連接到蒸發(fā)器2的工質側進液口；

其中，膨脹發(fā)電機1包括n個發(fā)電機、減速器7和膨脹機8；n個發(fā)電機均通過減速器7與膨脹機8連接；減速器7可采用減速齒輪組或變速箱；膨脹機8可采用渦輪膨脹機其中，n為自然數(shù)，并且，n≥2。

具體的，對于膨脹發(fā)電機，參考圖4，其結構詳細構造為：渦輪膨脹機的渦輪軸一端固定渦輪葉輪，另一端與減速器7的輸入端連接，減速器7的輸出端安裝有獨立的n個聯(lián)軸器；每個聯(lián)軸器的另一端均直連獨立的1個發(fā)電機。

本發(fā)明中，n個發(fā)電機的裝機容量相同或不相同。n個發(fā)電機可獨立控制是否啟用。

本發(fā)明還提供一種雙電機有機朗肯循環(huán)發(fā)電方法，包括以下步驟：

步驟1，安裝膨脹發(fā)電機1、蒸發(fā)器2、工質泵3和冷凝器4；其中，蒸發(fā)器2的水側進口與余熱供給管道連通，蒸發(fā)器2的水側出口與余熱回水管道連通；蒸發(fā)器2的工質側排蒸汽口與膨脹發(fā)電機1的進蒸汽口連通；膨脹發(fā)電機1的排蒸汽口與冷凝器4的工質側進蒸汽口連通；冷凝器4的工質側排液口通過工質泵3循環(huán)連接到蒸發(fā)器2的工質側進液口；

其中，對于膨脹發(fā)電機1，包括n個發(fā)電機、減速器7和膨脹機8；n個發(fā)電機均通過減速器7與膨脹機8連接；其中，n為自然數(shù)，并且，n≥2；

步驟2，控制器與n個發(fā)電機相連，并存儲每個發(fā)電機的裝機容量；

步驟3，在進行有機朗肯循環(huán)發(fā)電的過程中，從生產工藝排出的余熱介質，在蒸發(fā)器2中將有機工質蒸發(fā)為具有一定壓力和溫度的蒸汽；蒸汽進入膨脹發(fā)電機1進行膨脹做功，從而帶動發(fā)電機發(fā)電；從膨脹發(fā)電機1排出的蒸汽進入冷凝器4中，被冷卻介質冷凝為液態(tài)，最后借助工質泵3重新回到蒸發(fā)器2，如此不斷循環(huán)，實現(xiàn)對余熱的動力回收利用；

其中，蒸汽進入膨脹發(fā)電機1進行膨脹做功，從而帶動發(fā)電機發(fā)電，具體為：

控制器實時檢測當前余熱介質負荷值，同時以n個發(fā)電機的裝機容量作為輸入，基于預存儲的控制算法進行運算，得到與當前余熱介質負荷相匹配的最佳 發(fā)電機組合；其中，該最佳發(fā)電機組合為n個發(fā)電機中的一個或兩個以上的任意組合；該最佳發(fā)電機組合在當前余熱介質負荷下，工作在高效工況區(qū)；

然后，控制器對n個發(fā)電機的啟停狀態(tài)進行控制，僅啟動最佳發(fā)電機組合所對應的發(fā)電機，停用其他發(fā)電機；蒸汽進入膨脹機8，驅動膨脹機8的渦輪高速轉動，渦輪通過減速器7同時驅動最佳發(fā)電機組合所對應的發(fā)電機運行，向外輸出電力。

以n為2個為例，將2個發(fā)電機分別記為第1發(fā)電機5和第2發(fā)電機6，并且，設第1發(fā)電機5的裝機容量大于第2發(fā)電機6的裝機容量；

控制算法為：

當系統(tǒng)負荷較大時，使有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量大于第1發(fā)電機5的裝機容量時，此時同時啟動第1發(fā)電機5和第2發(fā)電機6，使第1發(fā)電機5和第2發(fā)電機6同時運行；

當系統(tǒng)負荷減小，使有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量小于第1發(fā)電機5的裝機容量，但大于第2發(fā)電機6的裝機容量時，僅啟動第1發(fā)電機5，使第1發(fā)電機5正常運行，同時關閉第2發(fā)電機6；

當系統(tǒng)負荷進一步減小，使有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量小于第2發(fā)電機6的裝機容量時，關閉第1發(fā)電機5，僅啟動第2發(fā)電機6，使第2發(fā)電機6正常運行。

由此可見，本發(fā)明提供的多電機有機朗肯循環(huán)發(fā)電機組及其發(fā)電方法具有以下優(yōu)點：

(1)通過多電機的應用，可以增強發(fā)電系統(tǒng)對熱源負荷波動的適應性，系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定。

(2)通過本發(fā)明，可以提高發(fā)電機的運行效率，從而增加系統(tǒng)全年發(fā)電量。

(3)通過本發(fā)明，可以更合理地選擇匹配的發(fā)電機，為發(fā)電機的選擇與匹配提供了優(yōu)化空間。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視本發(fā)明的保護范圍。